一种液态金属微型机器人及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种液态金属微型机器人及其制作方法，包括泡沫球，所述泡沫球的外部表面均匀设置有与所述泡沫球粘合的粘合层，所述粘合层上设置有由金属粉末构成的金属粉末层，所述金属粉末层上涂覆有液态金属合金层，所述液态金属合金层与所述金属粉末层之间形成有金属间化合物。本发明专利技术利用泡沫球制作一种轻型的液态金属微型机器人，与其他的液态金属机器人，其密度较低，能够通过对电极的移动和精准控制，实现液态金属微型机器人在电解质溶液中的自由运动。的自由运动。的自由运动。

【技术实现步骤摘要】
一种液态金属微型机器人及其制作方法


[0001]本专利技术属于材料领域，涉及一种液态金属微型机器人及其制作方法。

技术介绍

[0002]镓基室温液态金属作为近年来出现的一种新型功能材料，引起了人们的关注。其优异的导电性、迁移率和变形能力也导致了其在许多领域的应用探索。许多应用都是基于对液态金属的精确控制和驱动，常用的驱动方法有电场、磁场、化学、电化学反应、光等。目前，大多数利用磁场驱动液态金属的方法都是用铁磁性材料对液态金属的表面进行修饰。
[0003]由于液态金属的流动性和重力作用，纯液态金属以及磁性液态金属大多在二维平面上运动，故无法实现液态金属自主完成三维方向上的运动。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种能够做三维运动的液态金属微型机器人及其制作方法。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006]一种液态金属微型机器人，包括泡沫球，所述泡沫球的外部表面均匀设置有与所述泡沫球粘合的粘合层，所述粘合层上设置有由金属粉末构成的金属粉末层，所述金属粉末层上涂覆有液态金属合金层，所述液态金属合金层与所述金属粉末层之间形成有金属间化合物。
[0007]一种液态金属微型机器人的制作方法,包括以下步骤：
[0008]S1，制备所述泡沫球；
[0009]S2，将所述泡沫球的表面均匀地涂上一层粘合剂以形成所述粘合层；
[0010]S3，所述粘合剂上撒上金属粉末，使所述金属粉末均匀地涂在所述粘合层的表面以形成所述金属粉末层；
[0011]S4，在所述金属粉末层上加入酸溶液，静置10s；
[0012]S5，在金属粉末层上涂覆液态金属合金，使液态金属合金和金属粉末的界面形成所述金属间化合物层。
[0013]优选的，所述泡沫球的直径为5mm。
[0014]优选的，所述粘合剂为聚丙烯酸酯压敏粘合剂。
[0015]优选的，所述金属粉末为铜粉。
[0016]优选的，所述液态金属合金为镓基液态金属合金。
[0017]优选的，所述酸溶液为盐酸溶液。
[0018]优选的，其密度为0.99～1.17g/cm3。
[0019]本专利技术的有益效果是：利用泡沫球制作一种轻型的液态金属微型机器人，与其他的液态金属机器人，其密度较低，能够通过对电极的移动和精准控制，实现液态金属微型机器人在电解质溶液中的自由运动。
附图说明
[0020]图1是本专利技术的液态金属微型机器人的结构示意图；
[0021]图2是本专利技术的液态金属微型机器人在氢氧化钠溶液中的示意图；
[0022]图3是本专利技术在图2中向上运动的示意图；
[0023]图4是本专利技术在图2中向下运动的示意图；
[0024]图5是本专利技术在空气中发生氧化形成氧化层的结构示意图；
[0025]图6是图3去除氧化层的结构示意图；
[0026]图7是本专利技术在氢氧化钠溶液中形成双电层的结构示意图；
[0027]图8是图7的电荷再分布的结构示意图；
具体实施方式
[0028]为了使本
的人员更好地理解本专利技术中的技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的相关附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅为本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0029]如图1至图8所示，本专利技术提供一种液态金属微型机器人，包括泡沫球10，泡沫球10的外部依次设置有粘合层12、金属粉末层14、液态金属层16。其中，泡沫球10的外部表面与由粘合剂构成的粘合层12粘合。粘合层12上设置有由金属粉末构成的金属粉末层14，金属粉末层14上涂覆液态金属合金层16，液态金属合金层16与金属粉末层14之间形成有金属间化合物。本专利技术保持了液态金属的性能，如优良的运动和变形行为，利用轻型泡沫球10和液态金属合金制作的微型机器人，能够通过电极进行跟踪控制其在三维空间中的运动，同时保持纯液态金属的性质。
[0030]本专利技术还提供一种液态金属微型机器人的制作方法,包括以下步骤：
[0031]S1，制备泡沫球10；
[0032]S2，将泡沫球10的表面均匀地涂上一层粘合剂以形成粘合层12；
[0033]S3，在粘合剂上撒上金属粉末，滚动泡沫球10使金属粉末均匀地涂在粘合层12的表面以形成金属粉末层14；
[0034]S4，在金属粉末层14上加入酸溶液，静置10s；
[0035]S5，在金属粉末层14上涂覆液态金属合金，使液态金属合金和金属粉末的界面形成金属间化合物层16。
[0036]上述过程是在室温下进行。
[0037]本专利技术优选的实施例为，泡沫球10的直径约为5mm,重量约为2.5mg，在泡沫球10的表面涂上聚丙烯酸酯压敏粘合剂，在聚丙烯酸酯压敏粘合剂上撒上铜粉，由于粘合剂粘度高，可使铜粉粘结牢固，在铜粉上加入浓盐酸(盐酸)溶液静置10s,在铜粉层上涂覆约容量为25μl的镓基液态金属合金，由于在酸溶液中镓基液态金属合金和铜粉的界面形成Cu
‑
Ga金属间化合物，所以镓基液态金属合金对铜粉表现出良好的润湿行为。
[0038]由于纯液态金属合金不能悬浮做3D运动，所以本专利技术通过利用泡沫球10使液态金属微型机器人轻量化，其密度的范围在0.99～1.17g/cm3，比纯液态金属合金的密度6.44g/cm3要小得多，使其能够通过电极进行跟踪，控制其在三维空间中运动。
[0039]本专利技术选取的金属粉末为铜粉、液态金属合金为镓基液态金属合金，其原因是在
铜粉层即金属粉末层14和液态金属合金层16之间会形成CuGa2化合物，这层化合物是双向导电薄膜，有利于液态金属机器人更好地被电场所控制，而其他金属粉末和镓很难形成导电膜。
[0040]由于液态金属合金暴露在空气中时，作为液态金属中的主要金属元素镓，会被氧气氧化并在液态金属表面生成一层很薄的氧化层，其主要成分为Ga2O3,这会大大限制液态金属自身的流动性，如图5所示。而当将液态金属合金放置于氢氧化钠溶液等电解液中时，以氢氧化钠溶液为例，将会发生如下反应：
[0041]2Ga+6OH
‑
→
Ga2O3+3H2O+6e
‑
[0042]Ga2O3+2NaOH+3H2O
→
2NaGa(OH)4[0043]被氧化的液态金属合金表面的褶皱状氧化层将被化学去除，如图6所示，本专利技术在氢氧化钠溶液中继续保持类球状。
[0044]根据双电层原理，当液态金属合金处于电解液环境中时，由上述化学反应式可知，Ga元素反应生成阴离子，镓基液态金属合金表面因此带上了负电荷，故而液态金属合金与氢氧化钠等电解液之间的相界面上将会产生双电层，如图7所示。
[0045]由于液态金属合金的高导电性，整个液态金属合金的电势必须近似均匀。相反，电解质具有有限的导电性，因此，如果施加电压，则沿着电极方向产生电位梯度，这就改变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液态金属微型机器人，其特征在于：包括泡沫球，所述泡沫球的外部表面均匀设置有与所述泡沫球粘合的粘合层，所述粘合层上设置有由金属粉末构成的金属粉末层，所述金属粉末层上涂覆有液态金属合金层，所述液态金属合金层与所述金属粉末层之间形成有金属间化合物。2.一种基于权利要求1所述的液态金属微型机器人的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，制备所述泡沫球；S2，将所述泡沫球的表面均匀地涂上一层粘合剂以形成所述粘合层；S3，所述粘合剂上撒上金属粉末，使所述金属粉末均匀地涂在所述粘合层的表面以形成所述金属粉末层；S4，在所述金属粉末层上加酸溶液，静置10s；S5，在金属粉末层上涂覆液态金属合金，使液态金属合金和金属粉末的界面形...

【专利技术属性】
技术研发人员：李相鹏，陈宣翰，张明奎，孙铭远，陈岳，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：